基于微生物矿化技术的水泥基材料早期裂缝自修复

为了提高水泥基材料早期裂缝的自修复效果,采用了一种具有矿化作用的碳酸酐酶微生物.利用渗水法和图像处理技术研究了该微生物修复剂对不同裂缝宽度、不同开裂龄期下水泥净浆裂缝的修复情况.同时通过XRD,SEM和EDS技术对裂缝沉积物进行成分分析,并结合Photoshop软件研究了裂缝处矿化Ca CO3的沉积量.研究结果表明:开裂龄期为7 d时,宽度在0.5mm以下的裂缝很快修复完全,0.5~0.8 mm的裂缝修复受到一定限制,0.8 mm以上的裂缝较难修复完全;开裂龄期为7 d时,该自修复剂具有良好的修复效果,但开裂龄期越长,越难以修复;通过XRD分析确定了产物为方解石型Ca CO3;Photoshop软件中标尺工具测得的裂缝表面Ca CO3的沉积深度随裂缝宽度的增大而减小.     

微生物修复混凝土裂缝的试验观测

微生物修复技术所需的菌液流动性好,修复过程中微生物代谢物与水泥基材料有着良好的相容性和界面强度,因此,具备能耗低、绿色环保、施工简便的潜力.针对微生物修复混凝土裂缝问题,通过试验研究了环境碱度对细菌生长和微生物矿化的影响,探讨了胶结溶液的最优浓度配比和胶结时间,并将这些参数运用于后续微生物修复混凝土裂缝的试验中.试验中考虑了裂缝表观形状(裂缝深度、宽度及延伸角度)的差异,观察了碳酸钙沉淀的沉积方式,并采用X射线衍射仪(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)手段监测其沿裂缝界面的晶体组成和形貌.结果表明:菌体自身对环境碱性突变具有自适应能力,当环境碱性并非过高时(pH≤12),菌体在生长代谢过程中能够驱使环境pH值向着最适宜菌体自身生长的pH值(约为8.7)发展;快速诱导碳酸钙沉积修复混凝土裂缝的最佳胶结液有效浓度为0.83 mol/L,最优微生物矿化间隔时间为5 h;裂缝表观形状的差异导致细菌在裂纹表面上的吸附不均匀性,其中裂缝的宽度不直接影响微生物修复的机理,而裂缝深度和裂缝倾角会影响碳酸钙沉淀的均匀性;使用注射和漫灌胶结液的方式修复具有不同表观形状的裂缝的混凝土最好的修复效果能将混凝土的渗透性降低4个数量级(从10~(-4)m/s到10~(-8)m/s).     

金属离子对微细石英颗粒沉降特性的影响规律

为掌握不同金属离子对微细石英颗粒沉降特性的影响规律,通过沉降试验研究了Ca~(2+)、Mg~(2+)、Al~(3+)、Fe~(3+)离子浓度和pH值对石英沉降特性及表面电位的影响。结果表明,Ca~(2+)、Mg~(2+)对石英沉降产率和表面电位影响较小;Al~(3+)、Fe~(3+)存在时,合理的离子浓度和溶液pH值能够提高石英沉降产率;随着Al~(3+)、Fe~(3+)浓度的增加,石英沉降产率不断增加,石英颗粒表面Zeta电位不断向正方向移动且变化比较明显;Al~(3+)在溶液pH值为5时有利于石英沉降,且Zeta电位绝对值最小;Fe~(3+)在溶液pH值为3~10时能够促进石英沉降;增加溶液pH值会使石英颗粒表面Zeta电位向负方向移动,pH值越高,石英颗粒表面Zeta电位向负方向移动趋势越明显。     

Ca~(2+)和Mg~(2+)对喹啉反硝化降解特性的影响

以喹啉为碳源,采用序批式摇瓶考察了Ca~(2+)和Mg~(2+)对喹啉反硝化降解特性的影响。结果表明:Ca~(2+)和Mg~(2+)可以明显促进喹啉的反硝化降解,促进作用在低质量浓度时明显,高质量浓度时有所减小,最适宜的Ca~(2+)和Mg~(2+)的质量浓度为100mg/L;Ca~(2+)和Mg~(2+)可以显著促进NO-3-N的转化,质量浓度为7～100mg/L时,转化速度较快;不同Ca~(2+)和Mg~(2+)质量浓度下反应过程pH值变化规律不同,但最终pH值都稳定在7.5左右,是适合微生物生存的范围;适量的Ca~(2+)和Mg~(2+)质量浓度有促进微生物的生长和絮凝的作用。研究结果对喹啉废水的生物处理具有一定实际指导意义。     

不同污染条件下微生物矿化固结Zn2+的作用及机理

为了探究微生物矿化处理重金属的作用及机理,选取Zn2+溶液进行模拟研究.采用扫描电子显微镜和X射线衍射仪,研究了不同pH值、温度、离子浓度下微生物矿化产物的成分、显微结构及矿化效果,探究了微生物矿化固结重金属离子的作用和机理.实验结果表明,在不同污染条件下反应生成的矿化产物皆为Zn5(OH)6(CO3)2,条件不同时产物结晶效果有区别.溶液为中性或碱性时,结晶较好;pH值较低时,晶体不易成核生长.温度升高,有利于矿化产物的沉积和成型.Zn2+浓度对微生物矿化固结重金属形成矿化产物的影响较小.当Zn2+,Pb2+,Cu2+等混合离子共同存在时,Zn2+与Cu2+固结在一起形成矿化产物,Pb2+单独结晶.     

微生物作用下混凝土裂缝修复效果试验研究

微生物矿化作用可以有效愈合混凝土裂缝,达到修复混凝土裂缝的目的.本文以带裂缝混凝土为研究对象,设置0.2、0.3、0.6 mm三个裂缝宽度和20、30 mm两个裂缝深度,以巴氏芽孢杆菌为菌株,通过裂缝观测、超声波测试、立方体抗压强度测试及裂缝内部微生物沉积物质的微观形貌分析,研究微生物对不同深度及宽度混凝土裂缝的修复效果.研究结果表明:巴氏芽孢杆菌可有效修复混凝土表面裂缝;氧气的供给是微生物在裂缝内部矿化的重要环境条件,随着裂缝深度的增加,巴氏芽孢杆菌的修复效果减弱;随着裂缝宽度的增大,微生物在裂缝内部的矿化效果减弱.     

混凝土裂缝的微生物自修复效果

利用裂缝测宽仪、扫描电镜和热重分析技术分别对混凝土裂缝的微生物自修复效果进行了研究.研究结果表明:修复40 d后,混凝土裂缝就可以被微生物矿化形成的碳酸钙所填充,修复效果明显,最大填充宽度超过1 mm.微生物矿化形成的碳酸钙在裂缝开口处最多,且随着裂缝深度的增加碳酸钙逐渐减少,当混凝土裂缝深度超过10 mm时未发现微生物形成的碳酸钙.距离裂缝断裂面表层1.5 mm内,微生物可矿化形成较多碳酸钙.而当超过1.5 mm时,由于该微生物矿化需要氧气,因此,随着距离裂缝断裂面表层越远、距离水泥基体越近,微生物矿化形成的碳酸钙含量越来越少.     

兴国县北部地下水氟水文地球化学特征

在对江西兴国县北部的高兴幅1∶5万水文地质调查、取样基础上,对地下水样中的TDS,pH,F~-及Ca~(2+)等进行了现场分析。结果表明,兴国县北部浅层地下水为低氟地下水,水中F~-含量一般为0.02~0.52 mg/L,不同乡镇区地下水中F~-浓度相近。F~-浓度超标的地下水来自深部或与萤石溶解有关,F~-浓度与地下水的TDS,pH值及Ca~(2+)浓度呈正相关关系,岩石中的萤石及含氟矿物均处于溶解状态,偏碱性地下水环境介质有利于氟的迁移。     

基于饱和沉淀Ca（DBS）2及结合 MBFGA1絮凝沉降去除罗丹明b

通过提高溶液中十二烷基苯磺酸钙(Ca(DBS)2)沉淀的析出,结合微生物絮凝剂GA1(MBFGA1)对Ca(DBS)2的絮凝作用,将阳性染料罗丹明b(RB)从溶液中絮凝去除.在整个絮凝过程中,十二烷基苯磺酸钠(SDBS)增溶RB分子,然后在过量Ca~(2+)的影响下,增溶了RB分子的Ca(DBS)2悬浮物充分析出,最后被MBFGA1絮凝沉淀.为了提高RB的去除效率,采用响应面分析法(RSM)对Ca~(2+)、SDBS及MBFGA1初始浓度进行优化.实验结果表明,最优条件下(SDBS:2.67 mmol/L、Ca~(2+):5.61 mmol/L、MBFGA1:4.34 mL/L),RB和SDBS去除率达到99.80%和90.03%,其出水COD值为89.69 mg/L,低于国家工业废水排放标准,无需进行后续处理.同时,采用环境扫描电镜(ESEM)来探讨RB的絮凝去除机理以及SDBS和Ca~(2+)之间的相互作用.当Ca~(2+)初始浓度相对SDBS初始浓度过量时,增溶RB分子的SDBS胶团(SDBSRB胶团)会与Ca~(2+)反应生成被RB分子附着的Ca(DBS)2颗粒(Ca(DBS)2-RB颗粒),最后Ca(DBS)2颗粒被MBFGA1絮凝沉降;而当SDBS初始浓度相对Ca~(2+)初始浓度过量时,Ca(DBS)2颗粒会逐渐复溶并生成大量的附着Ca~(2+)的SDBS胶团.     

微生物矿化对黏土强度特性的影响

微生物矿化技术应用于浅层坡体固化有很强的优势，是一种环境友好、可持续发展的处理方法。利用球形赖氨酸芽孢杆菌属kp-22菌作为试验用菌诱导碳酸钙沉淀处理四川省地表黏土。采用不同浓度的菌液、氯化钙和尿素溶液对黏土处理后进行直剪试验，探讨微生物矿化对黏土强度特性的影响。研究结果表明，微生物矿化作用能明显增大黏土的抗剪强度；且菌液浓度越高，矿化效果越好。随着氯化钙浓度的提高，试样的强度先增大后减小，在氯化钙浓度为0.5~0.75 mol/L时达到峰值；在尿素浓度为0~1.0 mol/L的范围内，抗剪强度随尿素浓度的增加而增加；当氯化钙和尿素分别为0.75 mol/L、1.0 mol/L，菌液吸光值OD600为1.2时，抗剪强度达到最大值，矿化效率最高。建立了考虑菌液和CaCl2浓度的内摩擦角的经验关系，分析了强度变化的内部机理。     

微生物絮凝剂产生菌的鉴定及絮凝特性研究

试验选取菌株PY-M3和PY-F6所产絮凝剂,研究了微生物絮凝剂的添加量、水的pH值、高岭土溶液的浓度、助凝剂的种类、助凝剂的添加量和沉淀时间对絮凝效果的影响,并研究了絮凝剂的絮凝活性分布和微生物絮凝剂的热稳定性,对絮凝效果好的菌株进行了鉴定。结果表明,菌株PY-F6的最佳絮凝条件为絮凝剂投加量30mL/L,pH 8,高岭土悬浊液浓度3g/L,Ca~(2+)的助凝效果最好,质量浓度1%的CaCl_2投加量20mL/L,静置时间20min,菌株PY-M3的最佳絮凝条件为絮凝剂投加量30mL/L,pH 8,高岭土悬浊液浓度3g/L,Ca~(2+)的助凝效果最好,质量浓度1%的CaCl_2投加量30mL/L,静置时间40min;在最佳絮凝条件下,PY-F6絮凝剂的絮凝率达到99%,PY-M3絮凝剂的絮凝率达到96%;两种微生物絮凝剂的活性成分主要存在于上清液中,为菌体细胞分泌的胞外代谢产物而非菌体本身;PY-M3絮凝剂的热稳定性较差,PY-F6絮凝剂的热稳定性较好;PY-F6菌株可以鉴定为黄三素链霉菌(Streptomyces flavotricini)。     

青岛西海岸新区地下水水化学特征及水质评价

为了解青岛西海岸新区地下水水化学特征及地下水质量,选取2017年35个地下水水质监测数据,综合运用数理统计、水化学、模糊综合评价以及因子分析等方法进行研究。结果表明:研究区地下水中Ca~(2+)、Na~+、HCO■、SO■相对含量较高,阴离子呈HCO■SO■NO■Cl~-的关系,阳离子浓度存在Ca~(2+)Na~+Mg~(2+)K~+的关系。地下水水样pH均值7.22,呈弱碱性;TDS含量100.20～1 498.60 mg/L,均值421.40 mg/L;TH均值248.23 mg/L,为硬水。地下水水化学类型主要为HCO_3·SO_4·Cl-Na·Ca、HCO_3·SO_4-Ca、HCO_3-Ca、HCO_3·SO_4-Ca·Mg、HCO_3·Cl-Na·Ca、HCO_3-Na·Ca,水岩作用是地下水水化学组分的主要控制因素。基于内梅罗指数法和模糊综合评价法进行水质评价,认为研究区地下水水质整体较差。基于因子分析法对研究区地下水进行污染源解析,共提取4个主因子,累积方差贡献率73.747%公因子,其中F_1解析为来自农业生产活动,F_2主要与地质因素有关,F_3表征为生活污水排放,F_4代表工业生产活动,其贡献率分别为:35.697%、15.148%、12.131%和10.771%。     

金属离子竞争结合钙调素的电化学行为研究

为了探讨金属离子与Ca~(2+)对钙调素(CaM)的竞争结合作用,在pH值为6.5含2mmol/L[Fe(CN)6]3-/4-的0.15 mol/L的NaCl溶液中,用交流阻抗法研究了金属离子如Ca~(2+),Cd~(2+),Al~(3+),Fe~(3+)结合及竞争结合钙调素的电化学行为。结果表明:金属离子与CaM的结合能力可以通过溶液中[Fe(CN)_6]~(3-/4-)在钙调素自组装膜修饰金电极上的电化学反应电阻的变化来判断,Ca~(2+),Cd~(2+)和Al ~(3+)都能与CaM结合,Fe~(3+)不能与CaM结合,且Ca~(2+)与CaM结合能力要比Al 3+强;Ca~(2+)在CaM上的结合位点与Cd~(2+)相同,与Al~(3+)不同。交流阻抗法为研究金属离子与CaM的竞争结合行为提供了一个新方法。     

受酸腐蚀砂岩的物理化学性质及反应动力学模型研究

目的研究受酸腐蚀砂岩的物理化学性质,建立酸岩反应动力学模型,为酸性环境下的工程耐久性评价提供参考.方法通过室内长期加速腐蚀试验,监测不同浸泡时段岩样的质量变化和浸泡溶液的pH值及Na~+、K~+、Mg~(2+)、Ca~(2+)等阳离子浓度的变化.结果反应初期(0～90 d)阳离子的溶蚀速率较高,随着腐蚀时间的延长,化学反应速率降低,阳离子的溶蚀速率延缓,反应后期溶蚀速率又逐渐增大;随着腐蚀时间的延长,烘干岩样的质量损失率不断增大,而湿岩样的质量增长率呈先增大而后减小的趋势;各阶段硫酸溶液pH值总体呈增大趋势.结论受酸腐蚀岩样质量、浸泡溶液pH值以及阳离子浓度的变化具有明显的阶段性劣化特征;反应由扩散和化学反应共同作用,其中化学反应为烘干岩样主导作用,扩散作用为湿岩样前期主导作用,后期化学反应和内扩散共同主导;酸岩反应动力学模型较准确地表达了硫酸溶液腐蚀下岩样质量与时间的变化关系.     

裂缝尺寸对微生物修复混凝土强度的影响

为研究微生物在不同宽度、深度的裂缝尺寸下对混凝土强度的修复效果,选用巴氏芽孢杆菌为裂缝修复剂,在宽度为0.75,1.0,1.25 mm及深度为15,30,45,60,75,90 mm的不同裂缝下对混凝土进行修复,通过混凝土抗压试验,测出未修复和修复的试块抗压强度.结果表明:(1)微生物在不同裂缝尺寸下的修复对混凝土强度都有提升作用;(2)裂缝深度对混凝土修复强度的影响更大;(3)在同一裂缝宽度下,修复效果出现了先上升后降低的趋势,在深度为30 mm和45 mm的时候,修复效果最佳.     

多试验因素耦合下MICP固化砂土的试验研究

为了优选MICP(microbial induced carbonate precipitation)固化砂土过程中的试验因素,采用中心注浆法耦合6个试验因素,以圆形硅质砂为试验材料,根据正交试验的设计原则进行了25种工况的MICP砂柱固化试验.检测了砂柱固化过程中反应前后Ca~(2+)浓度变化和固化后砂柱各部位的CaCO_3晶体含量,并采用SEM观测了砂柱内部CaCO_3晶体的微观形态.通过分析各个试验因素对Ca~(2+)利用率的影响,发现影响Ca~(2+)利用率的主要因素有菌液浓度、胶结液浓度和矿化反应时间,且菌液浓度越高,胶结液浓度越低,反应时间越长,Ca~(2+)利用率越高.菌液静置过程中存在细菌下沉现象,从而影响CaCO_3晶体的生成位置.固化砂柱内部CaCO_3晶体分布的研究结果表明,矿化生成的CaCO_3会随着砂土中的水流迁徙,浆液的流速越大,砂柱内部晶体的平均含量越高,且分布越均匀.SEM的观测结果显示,固化砂柱内部CaCO_3晶体以方解石为主,但胶结液浓度会影响晶体的尺寸大小.当胶结液浓度高于750 mmol/L时,CaCO_3晶体呈现堆叠式发展.当菌液浓度较高并且胶结液静置时间较短时,会出现球霰石的晶体形态.MICP固化砂土的强度随CaCO_3含量的增加而升高,但同时会受到晶体的分布以及大小等因素的影响.MICP固化砂土试验因素的优选结果为:菌液的OD_(600)值0.5～1.0,菌液静置时间3 h,胶结液浓度不高于500 mmol/L,浆液的流速与传输距离相关,胶结液的最优静置时间为使Ca~(2+)完全消耗.     

锥形玻璃纳米孔中溶液浓度和pH值对整流的影响

为了探索锥形纳米孔整流的机理,以硼硅酸盐玻璃毛细管为材料,采用微电极拉制仪P-2000拉制了内径20~50 nm的玻璃锥形纳米孔.孔内注满氯化钠盐溶液后,采用膜片钳对该类纳米孔的整流效应进行了实验研究.实验发现,锥形玻璃纳米孔的整流比随浓度先增大后减小,在溶液浓度为10~50 mmol/L范围内出现最大整流比.当溶液pH值高于玻璃等电点时,随着溶液pH值的增大,整流比随之增大;当溶液pH值低于玻璃等电点时,玻璃表面发生壁面电荷倒置,整流方向发生改变.实验结果表明,玻璃锥形纳米孔整流效应受到溶液浓度和溶液pH值共同影响,纳米孔内壁不经过任何化学修饰就可以发生电荷倒置.     

Ca_9Fe(PO_4)_6(OH)_2的电子结构与形成能的第一性原理计算

基于第一性原理和热力学统计原理计算了单个Fe~(2+)替代羟基磷灰石晶胞中Ca~(2+)后晶体(Ca_9Fe(PO_4)_6(OH)_2)的电子结构和能够说明替代后结构稳定性的替位缺陷形成能.电子结构计算得出(Ca_9Fe(PO4)_6(OH)_2)的带隙值是1.85eV,而没有掺杂的是4.93e V,两者态密度特征相似,只是前者峰值变小了.理论形成能和溶液环境中的形成能的计算结果都表明Ca(B)更易被取代,但是两种形成能的值都大于0eV,具体是理论缺陷形成能的值都在7e V到8e V之间,溶液环境中的缺陷形成能主要和替代的位置、溶液的pH值以及Fe~(2+)在溶液中的浓度有关,且其值大于0eV,说明它们需要吸热才能发生替代,所以在羟基磷灰石中Fe~(2+)替代Ca~(2+)不容易发生.     

Ca_9Fe(PO_4)_6(OH)_2的电子结构与形成能的第一性原理计算

基于第一性原理和热力学统计原理计算了单个Fe~(2+)替代羟基磷灰石晶胞中Ca~(2+)后晶体(Ca_9Fe(PO_4)_6(OH)_2)的电子结构和能够说明替代后结构稳定性的替位缺陷形成能.电子结构计算得出(Ca_9Fe(PO4)_6(OH)_2)的带隙值是1.85eV,而没有掺杂的是4.93e V,两者态密度特征相似,只是前者峰值变小了.理论形成能和溶液环境中的形成能的计算结果都表明Ca(B)更易被取代,但是两种形成能的值都大于0eV,具体是理论缺陷形成能的值都在7e V到8e V之间,溶液环境中的缺陷形成能主要和替代的位置、溶液的pH值以及Fe~(2+)在溶液中的浓度有关,且其值大于0eV,说明它们需要吸热才能发生替代,所以在羟基磷灰石中Fe~(2+)替代Ca~(2+)不容易发生.     

关于Ca~(2+)-EDTA缓冲系统中[Ca~(2+)]_t的计算

本文在H.D Wolf提出的关于计算低浓度下自由钙离子浓度方程的基础上,进一步导出了在EDTA、pH值及温度一定的条件下配制总[Ca~(2+)]_t的方程(其中允许[Ca~(2+)]<10~(-5)mol/L),并进行了有关计算。计算结果对生物细胞内外自由钙离子的定量研究或Ca~(2+)信使细胞功能的研究提供了方便。